XXX水电站增效扩容改造工程初步设计.docx
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XXX水电站增效扩容改造工程初步设计
A243004369
湖南省 XX市
XXX水力发电站增效扩容改造工程
初步设计报告
(送审稿)
XX市水利水电勘测设计院
二○一二年七月
项目名称:
XX市XXX水力发电站增效扩容改造工程
审定:
审查:
校核:
编写:
设计人员:
目 录
设计依据
1农村水电增效扩容改造项目初步设计指导意见
2《小型水电站技术改造规范》(GB/T50700-2011)
3《小型水电站初步设计报告编制规程》(SL179—2011)
4《农村水电增效扩容改造项目机电设备选用指导意见》
1综合说明
1.1概述
XX市XXX水力发电站(简称XXX电站)位于XX茅塘镇沙河村,距茅塘镇政府3km,距县城区35km。
坝址位于湘江水系孙水支流沙溪河上游。
沙溪河发源于龙山岳坪峰,坝址处控制流域面积10.35km2,坝址以上干流长4.2km,干流坡降115‰。
XXX电站装机三台,共1630kw,属小
(2)型水电工程。
XXX电站,由XX市(县)水电局、XX市龙山林场、茅塘镇沙河村三家建成的国有发电企业。
其中,市水电局占55%,龙山林场占25%,沙河村占20%。
XXX电站建成于1986年10月。
电站工程包括拦河坝、引水明渠和引水隧洞、压力前池、压力管道、发电厂房及机电设备等。
拦河坝系浆砌石重力坝,最大坝高2m,坝轴线长6.0m,坝底高程611.74m,固定坝堰顶高程613.74m,溢洪采用全坝段坝顶溢洪。
电站厂房位于沙河村XX组,厂房尺寸为26.8m×16m×8m(长×宽×高),电站现安装3台冲击式水轮发电机组,最大水头为403.26m,最小水头379.52m,总装机2×500kw+1×630kw,近三年平均发电量为395万kWh,电站建设至今创造了较大的经济效益和社会效益,但电站已运行了二十多年,现存在诸多问题。
根据《小型水电站技术改造规范》(GB/T50700-2011)和《农村水电增效扩容改造项目机电设备选用指导意见》、及相关规程规范,组织编写了《XX市XXX水力发电站增效扩容改造工程初步设计报告》。
XXX电站进行增效改造的主要内容:
包括水轮发电机组、电气一、二次设备改造升级及电站自动化改造,厂房改造,引水建筑物除险加固改造项目。
1.2工程现状及历年运行情况
1.2.1工程现状
1)工程施工情况
XXX电站于1984年8月动工兴建。
由原XX县水利水电局设计,并负责施工放样,由XX县水利水电局、XX县龙山林埸、XX县茅塘镇沙河村共同组建,成立了XXX电站工程建设指挥部,由县水利水电局肖后春同志任指挥长,民工队伍施工,县水电局派工程技术员负责施工指导,高峰期参与人员达150人,最高达180人。
2)拦河坝、隧洞开挖及基础处理。
(1)地质条件:
坝基岩体以黄灰色砂岩为主,次为灰黑色石灰岩。
(2)拦河坝基础开挖均采用人工清理,坝体砌筑为浆砌块石。
(3)隧洞开挖,没有机械设备,全靠手工操作。
(4)隧洞开挖后进行了防渗处理。
3)施工质量
由民工队伍施工,加上资金困难,胶结材料强度低,地质条件复杂,因此质量难以保证,经过现场检查及对运行资料查阅发现引水建筑物多处塌方漏水。
4)引水建筑物运行大事记
引水渠长2946.7m,其中隧洞7个,共长2245m,压力管长968.3m,隧洞历年发生大事如下:
(1)引水建筑物于1984年8月动工,l986年10月电站建成投产两台。
于1988年第三台630KW建成投产,总装机1630KW。
(2)6#隧洞经过地段,地质条件差,属破碎带,衬砌质量差,经常出问题。
(3)压力管道坡陡,未设置足够的避水设施,洪水对镇礅、支礅直接冲刷,影响管道稳定。
(4)压力管道因温度变化引起伸缩牵动支礅,有14个出现裂缝,已处理。
1.2.2历年运行情况
1)电站厂房屋面漏水。
2)引水坝至1#隧洞明渠年久失修,于2009年3月,渠道塌方,已经处理好。
3)6#隧洞曾多次出现蹋方。
4)5#隧洞漏水严重,亟待进行防渗处理。
5)前池闸阀锈蚀严重,无法正常使用。
6)水轮机为上世纪80年代产品,效率低下,汽蚀严重,喷嘴口磨损严重,轴瓦温升高,磨损大。
7)发电机转子经常出现接地,经长时间运行,绝缘老化,不能满足安全要求,集流环磨损严重。
8)励磁系统:
控制、保护失灵。
由于水轮机转轮为老型谱,效率较低,加上多年运行磨损,原最高年发电量680万kWh,目前实际发电量(三年平均)为395.0万kWh,比原最高少发电量285.0万kwh,因此,需要更换高效率水轮发电机组。
9)机组附属设备及辅助设备均为上世纪80年代产品,运行不可靠,故障率高,自动化程度低,全靠手动操作。
10)电气一、二次设备均为上世纪80年代产品,故障率高、继电器动作不灵活、电缆绝缘老化严重,全部电气设备不能满足3C要求,且目前已无厂家生产,无法进行维护更新,也不能满足自动化控制的要求。
2现状分析及改造必要性评价
2.1现状分析
2.1.1水资源问题
因原设计时,水文资料系列不够长,水能计算欠准确,导致投产后水资源浪费较大,后于1988年换装了一台630kw发电机。
本次改造,对水文资料延长至2006年(共43年)进行复核计算。
2.1.2水工建筑物问题
2.1.2.1引水建筑物
电站自运行以来,拦河坝及进水渠、隧洞主要问题如下:
(1)基础没有进行严格的防渗处理,渗漏、塌方严重,必须进行清淤、堵漏、防渗处理,确保水量顺利通过。
(2)前池出水闸阀锈蚀老化,漏水严重,必须更换新的产品。
(3)压力钢管已运行20多年,必须进行大修和除锈涂漆处理。
2.1.2.2厂区建筑物问题
厂区建筑物有厂房和变压器台。
机房漏水,必须进行防渗漏处理,确保设备安全运行。
2.1.3机电设备问题
2.1.3.1水力机械
经复核水文计算,电站设计年平均利用小时数可达3399h,而近3年实际平均年利用小时只有2362小时,可提高1037h,可多发电量169.02万kwh,增加43.9%。
XXX电站水轮机(型号为CJ22-W-70/1×5.5B)存在汽蚀严重、水轮机转轮效率下降、机组设备出力不足、噪声大、轴承温度高、调节性能差等缺陷,通过30年多的运行,设备磨损及老化严重。
调速器采用人工控制,运行人员劳动强度大。
2.1.3.2电气部分
发电机为老式高压发电机,经过20多年的运行,效率低,发电机温度较高、噪声大、定、转子线圈污染严重、线圈事故率高、绝缘存在老化现象等;励磁系统整流装置老化,自动控制失灵;主变压器为S7型变压器;电气屏柜为自制老式电气柜,不具备3C要求,均为国家强制淘汰产品;低压断路器老化,保护动作不灵;继电保护为老式继电器装置,保护整定困难,可靠性差;全厂无自动化装置,机组运行、操作基本采用手动。
2.1.3.3金属结构及其它
压力前池出水闸阀为钢闸阀,运行多年,止水部分失效,锈蚀严重,且已老化破损,严重漏水,不能满足正常运行要求。
2.2增效改造的必要性
从XXX电站水资源利用情况和设备运行情况可以看出,XXX电站存在水资源浪费大、工程老化、设备故障率高、效率低,保护简陋、劳动强度大、安全得不到保障、运行成本高、产值低等不良现状。
1)充分利用水力资源,提高设备效率的需要
长期以来由于水轮机处于低效率工况下运行,机组单机出力低,水资源浪费极大,目前500kW水轮发电机组单机最大出力仅370kW,较额定出力低130kW,为额定出力的74%。
自投入运行以来到2011年底,近三年平均发电量为395万kW.h,较原设计多年平均发电量560万kW.h低165万kW.h,为原设计多年平均发电量的41.77%。
因此,为减少水资源浪费,提高设备效率是很有必要的。
2)改善机组运行状况,满足电站安全运行的需要
由于机组长期处于低效率下运行,不仅出力低,而且机组磨损加快,设备老化加速,并且设备已到更新换代年限,带病运行,故障多,维修费用近年来显著提高。
加上其他因素,电站目前举步艰难,按照小水电现行上网电价(0.235),现有平均发电量为395万kwh,产值90.96万元,扣除运行人员工资性支出43.41万元,税金4.98万元,日常维护及利息支出47.51万元,亏损4.93万元,已不能满足正常的设备折旧及其它费用,长此下去,实难以维持生计。
以上状况不仅不符合电网的并网条件,也给生产操作人员到来严重的不安全因素。
因此,改善设备的运行状况,成为电站亟待解决的问题。
电站进行增效扩容改造后,多年平均年发电量为554.02万kW.h,较目前三年平均发电量395万kwh,增加159.02万kwh,发电量增长40.27%,按电站现行上网电价,发电收入将由90.96万元增加到173.74万元,平均增加发电收入82.78万元,提高收入91.0%,效益十分显著。
综上分析,为了充分利用水力资源,提高设备效率,保证机组设备安全运行,增加电站效益和社会效益,对XXX电站机电设备进行全面更新改造是非常必要的。
改造前后效益对照表
内容
改造前
三年平均
改造后
增加数
增加%
改造后发电量:
平均554.02万kwh扣线变损4%,有效电量531.86万kwh
发电量万(kwh)
395
554.02
159.02
40.26
丰水603.09平水658.55枯水400.43
设备利用小时(h)
2423
3399
976
40.28
发电收入(万元)
90.96
173.74
82.78
91.0
运行费用(万元)
58.38
28.41
—15.0
—25.9
按人平2.5万元计算减少运行员9人
3水文分析及水能复核
3.1流域概况
XXX电站位于龙山北麓拦截孙水支流——沙溪河源头的凤凰寺与小洋江两股溪流,筑坝引水发电。
两处引水坝实际控制集雨面积10.35km2,集雨面积均在我市龙山林埸境内,植被覆盖情况良好,产水丰富且多泉水。
XXX电站所在的沙溪河为XX市境内孙水河的一级支流,发源于龙山的岳坪峰,流经XX市茅塘镇的沙河、梳装、东坪、杨市镇的东固、陡山、相思,从XX市的石湾园汇入孙水。
流域面积为38km2,全长21km,河流坡降195‰,天然落差903m,可利用落差454m,多年平均降雨量为1549.1mm,多年平均流量1.12m3/s。
降雨量年内分配不均匀,最多和最少月雨量一般相差在200mm以上,降雨年内分配有明显的季节特点,春夏雨量较多,秋冬雨量较少。
电站以上沙溪河河流两岸全是崇山峻岭,河岸陡峭,植被完好,水流清澈,农田极少。
干流上已有凤凰、XXX、飞水凼等三座水电站,装机7台,共2190kw,已规划待建的有沙河、东坪桥、绪六堂等电站。
3.2气象
涟水流域属亚热带季风气候区,具有气候温和,四季分明,春温多变,盛夏酷热,雨水集中,秋季常旱,无霜期长,严寒期短等季风性气候特点。
年平均气温16.9℃,极端最高气温40.1℃,极端最低气温-12.1℃,每年6-8月最热,1-2月份最冷,多年平均无霜期278天,多年平均有霜日为19天,全年平均日照数为1663.1小时,多年平均风速为1.9m/s,多年平均最大风速为13m/s。
3.3水文基本资料
沙溪河流域内未设水文观测站、点,无实测水文资料。
但孙水上游设有潭溪、白马雨量站,与其相距不远,其植被等下垫面条件、气候分区要素十分相似,且实测资料系列长。
白马雨量站位于XX市白马镇狮乐村,地理坐标为东经为111°42′,北纬27°34′,观测场地黄海高程200m,资料系列有1959-2006年共47年。
潭溪雨量站位于新邵县潭溪镇厚里村,地理坐标为东经为111°37′,北纬27°31′,观测场地黄海高程200m,资料系列有1962-2006年,共43年。
而XXX电站原设计资料引用的水文资料系列,只从1959年-1983年,共23年。
为较好地推算可利用的水资源量,我们还选取了水文要素类似的宝盖洞水文站炉前点的实测资料作为水量计算的参证站。
宝盖洞水文站炉前点位于浏阳市境内的宝盖河上,集雨面积8.89km2,河长3.72km,干流坡降126‰,森林覆盖率75%,属山区小河流水文站。
其流域内植被等下垫面的条件及其它水文要素与沙溪河极为相近。
3.4径流
3.4.1年降水量
年降雨量选白马、潭溪两个雨量站1973-2006年共43年的降雨量资料,XXX电站的年降雨量采用P—III型频率曲线进行计算,求得XXX电站各设计保证率的年降雨量,计算成果见表3-1。
表3-1XXX电站年降雨量计算成果表
年降雨量均值(mm)
CV
CS
各种频率的年降雨量(mm)
15%
50%
85%
1549.1
0.14
2CV
1781.5
1553.6
1358.0
3.4.2设计泾流
设计泾流的计算采用水文比拟法。
参证站宝盖洞水文站炉前点的集雨面积为8.89km2,XXX电站的集雨面积为10.35km2,相差16.42%,符合《小型水力发电站水文计算规范》第2.0.6条要求。
根椐电站设计保证率,在宝盖洞水文站炉前点流量资料系列中,选取年降雨量与XXX电站年降雨量大致相当,且降雨量年内分配均匀的1975年、1967年、1964年作为XXX电站设计保证率为15%、50%、85%的丰、平、枯水典型年。
根椐XXX电站集雨面积,采用水文比拟法,以宝盖洞水文站炉前点为参证站,计算出XXX电站三个典型年的天然泾流量。
天然径流计算成果见表3—2、表3—3、表3—4。
表3-2XXX电站丰水年(1975)P=15%日平均流量分配表10.35Km2
一月
二月
三月
四月
五月
六月
七月
八月
九月
十月
十一月
十二月
1
0.063
0.028
0.117
0.145
1.124
0.273
0.111
0.081
0.109
0.057
0.032
0.046
2
0.045
0.028
0.096
0.13
1.601
0.221
0.096
0.197
0.094
0.058
0.031
0.046
3
0.043
0.029
0.344
0.131
1.715
0.215
0.089
0.162
0.088
0.053
0.03
0.045
4
0.035
0.058
0.394
0.123
1.392
2.344
0.076
0.112
0.084
0.047
0.031
0.057
5
0.033
0.101
0.32
0.149
0.909
1.343
0.078
5.746
0.083
0.045
0.051
0.076
6
0.03
0.203
0.279
0.134
0.573
1.105
0.143
2.868
0.087
0.083
0.045
0.083
7
0.03
0.255
0.23
0.216
0.647
0.737
0.165
1.992
0.109
0.061
0.043
0.087
8
0.03
0.208
0.962
0.255
1.754
0.468
0.16
3.144
0.097
0.058
0.074
0.12
9
0.026
0.166
1.478
0.391
2.287
0.52
0.12
2.144
0.08
0.054
0.07
0.121
10
0.026
0.14
0.738
1.001
2.211
1.001
0.097
1.249
0.074
0.046
0.079
0.117
11
0.028
0.124
0.469
1.486
1.41
1.267
0.083
0.991
0.068
0.043
0.0115
0.107
12
0.024
0.108
0.349
1.249
0.838
0.773
0.072
677
0.063
0.048
0.152
0.101
13
0.026
0.108
0.308
0.775
0.606
0.519
0.077
0.621
0.061
0.043
0.23
0.092
14
0.039
0.101
0.246
0.542
0.464
0.385
0.109
1.973
0.014
0.048
0.204
0.083
15
0.034
0.088
0.214
0.503
0.505
0.298
0.099
5.219
0.068
0.042
0.166
0.08
16
0.03
0.08
0.197
1.783
1.267
0.366
0.395
2.878
0.064
0.043
0.14
0.076
17
0.026
0.076
0.181
3.908
1.077
0.562
0.538
2.287
0.64
0.041
0.124
0.07
18
0.022
0.069
0.176
2.297
9.034
0.41
0.275
2.135
0.063
0.037
0.105
0.063
19
0.021
0.063
0.155
1.887
2.974
0.453
0.216
1.801
0.052
0.036
0.097
0.059
20
0.022
0.061
0.139
1.22
1.468
0.358
0.173
0.982
0.05
0.035
0.088
0.063
21
0.032
0.058
0.131
0.702
1.267
0.296
0.137
0.544
0.052
0.034
0.077
0.059
22
0.025
0.053
0.241
0.553
0.946
0.227
0.115
0.359
0.047
0.034
0.07
0.058
23
0.025
0.048
0.209
0.399
0.597
0.192
0.104
0.362
0.044
0.032
0.0617
0.056
24
0.024
0.048
0.204
0.356
0.396
0.182
0.124
0.303
0.042
0.045
0.057
0.056
25
0.022
0.051
0.207
3.222
0.321
0.154
0.123
0.241
0.053
0.036
0.053
0.054
26
0.023
0.056
0.178
2.602
0.383
0.142
0.101
0.197
0.109
0.035
0.053
0.049
27
0.023
0.07
0.21
1.982
0.358
0.138
0.085
0.206
0.065
0.036
0.053
0.045
28
0.022
0.055
0.188
2.554
0.63
0.123
0.066
0.181
0.061
0.04
0.052
0.044
29
0.022
0.189
1.286
0.701
0.121
0.057
0.165
0.062
0.043
0.052
0.041
30
0.022
0.184
0.82
0.519
0.116
0.055
0.148
0.059
0.032
0.047
0.039
31
0.022
0.171
0.369
0.063
0.13
0.029
0.04
月均
0.029
0.09
0.306
1.093
1.301
0.516
0.135
1.031
0.068
0.044
0.083
0.069
表3-3XXX电站平水年(1967年)P=50%日平均流量分配表10.35Km2
一月
二月
三月
四月
五月
六月
七月
八月
九月
十月
十一月
十二月
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
2
0.102
0.131
0.778
0.115
0.695
0.134
0.231
0.446
0.051
0.023
0.595
0.119
3
0.1
0.123
0.816
0.143
2.002
0.116
0.216
0.352
0.044
0.022
0.495
0.095
4
0.1
0.122
0.824
2.103
2.203
0.109
0.197
0.308
0.041
0.022
0.417
0.08
5
0.098
0.121
1.026
1.5
1.228
0.106
0.179
0.311
0.043
0.022
0.358
0.067
6
0.1
0.119
1.036
1.7
0.881
0.1
0.143
0.263
0.04
0.021
0.298
0.065
7
0.1
0.116
0.84
1.328
0.662
0.098
0.129
0.201
0.038
0.021
0.276
0.067
8
0.102
0.12
0.464
1.902
0.447
0.101
0.113
0.206
0.037
0.02
0.251
0.065
9
0.121
0.137
0.457
3.883
0.499
0.117
0.104
0.185
0.113
0.019
0.217
0.098
10
0.119
0.123
0.329
2.035
0.808
0.117
0.085
0.122
0.053
0.019
0.179
0.109
11
0.119
0.126
0.253
1.218
0.727
0.106
0.073
0.174
0.036
0.018
0.174
0.163
12
0.119
0.123
0.201
0.881
0.503
0.116
0.069
0.122
0.032
0.018
0.163
0.122
13
0.167
0.126
0.193
0.702
0.329
0.109
0.067
0.098
0.026
0.019
0.151
0.086
14
0.237
0.128
0.163
0.613
0.281
0.105
0.069
0.08
0.022
0.019
0.139
0.086
15
0.239
0.157
0.141
0.503
0.375
0.098
0.062
0.08
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